大井法及水文地质比拟法在某矿山矿坑涌水量预测中的应用对比

２０１６年第１期　西部探矿工程　１３９　大井法及水文地质比拟法在某矿山矿坑　涌水量预测中的应用对比　

傅大庆　（华北地质勘查局五一四地质大队，河北承德０６７０００）　

摘要：预测矿坑涌水量是矿山开发的关键问题之一。在卡拉盖雷金铜矿矿区水文地质调查、抽水　试验的基础上，利用大井法和水文地质比拟法分别对矿坑涌水量进行了预测。　关键词：预测矿坑涌水量；大井法；水文地质比拟法　中图分类号：ＴＤ７４２文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２０１６）０卜０１３９—０３　

１概述　预测矿坑涌水量是矿山开发的关键问题之一，如　何根据矿山所处不同地层、构造、水文地质条件，正确　预测矿坑涌水量显得尤为重要。目前预测计算矿坑涌　水量的方法很多，如大井法、水文地质比拟法、解析法、　水均衡法等等，其中大井法和水文地质比拟法由于其　原理易懂，方法易行，而在矿坑涌水量预测中被普遍使　用。　大井法是通过将矿坑复杂巷道的水文地质条件概　化成均值、等厚的含水层，再利用裘布依计算公式进行　求解预测矿坑涌水量。由于大井法概化的条件较多，　概化误差会降低参数和涌水量求解的可信度，因此，对　场地水文地质条件的正确认识，概化条件处理得当，是　运用大井法进行基坑涌水量计算的关键。　水文地质比拟法则是根据已生产矿坑的排水资料　预测水文地质条件与其相似的新的或扩建矿坑的涌水　量。该法的前提是新建或扩建矿坑的地质、水文地质　条件与已开采的矿坑基本相似，一般说来水文地质比　拟法主要适用于条件比较简单、充水岩层的透水性比　较均一的孔隙或裂隙充水矿床，同时该方法是一种近　似的计算方法。　本文以卡拉盖雷金铜矿矿山水工环详查报告中矿　坑涌水量的预测计算为例，探讨大井法和水文地质比　拟法在矿坑涌水量计算中的应用。　２矿区自然地理概况　卡拉盖雷金铜矿位于新疆天山深处昭苏盆地的最　西端，矿区地形南高北低，高差９００ｍ左右，属中山区，　区内沟谷纵横，第四系覆盖面积较大。根据地貌形态　和成因可分为构造剥蚀地貌、侵蚀堆积地貌２种类型。　矿区范围内沟谷主要为水磨沟，沟谷走向近南北向。　矿区范围内及附近河流发育，分布有多条伊犁河水系　河流。　矿区属于高寒偏干半湿润冷凉气候类型，最高气温　３Ｏ．５℃，最低气温一３２．８℃，—月：Ｙ－－￣１６．５￣Ｃ￣－２２．１℃，　七月平均气温１８．５￣Ｃ￣１９．２￣ｃ，年均气温９℃。由于勘　查区四周高山遮挡，造成区内雨量较多，气候较湿润，　经常出现一天下数场雨的天气，雨季主要集中在每年　７～８月份，年均降水量约５００ｍｍ。　矿区内地表水为布鲁希布拉克河，布鲁希布拉克　河为常年性河流，属伊犁河水系的特克斯河支流木扎　尔特河的一级支流。矿区汇水面积１３．１２ｋｍ　，最低侵　蚀基准面标高２３２０ｍ。矿区内各矿化体基本平行产　出，呈近东西向展布。地表分布范围东西长约２４０ｍ，　南北宽约２５０ｍ，矿体主要位于地表以下１００￣４００ｒｎ　处，位于矿区侵蚀基准面以下。　３矿区水文地质条件　矿区地下水含水层划分为第四系松散岩类孔隙潜　水、基岩风化裂隙潜水和基岩构造裂隙潜水３大类型。　（１）第四系松散岩类孑Ｌ隙潜水含水层为第四系全　新统坡洪积孔隙潜水含水岩组。主要分布于水磨沟内　布鲁希布拉克河河道两侧及两侧的斜坡，呈狭长条带　状或片状展布，岩性为砂、砂砾石，厚度１，￣－１０ｍ。属富　水性强的地层。　（２）基岩风化裂隙潜水含水层分为岩浆岩风化裂　

收稿日期：２０１５—０９—１２　作者简介：傅大庆（１９８２一），男（汉族），辽宁丹东人，工程师，现从事水文工程地质勘察、地质灾害评估勘查相关工作。　１４０　西部探矿工程　２０１６年第１期　隙潜水含水岩组、沉积岩风化裂隙潜水含水岩组及变　质岩风化裂隙潜水含水岩组３大类。　①岩浆岩风化裂隙潜水含水岩组。主要在矿区内　水磨沟两侧基岩山地星零星分布，岩性主要为闪长岩、　花岗闪长岩、流纹斑岩。该层富水性弱。　②沉积岩风化裂隙潜水含水岩组。主要分布在矿　区内水磨沟两侧基岩山地，岩性为石炭系大哈拉军山　组砾岩、凝灰岩、火山角砾岩、玄武岩、安山岩等。该层　富水性弱。　③变质岩风化裂隙潜水含水岩组。主要在矿体附　近分布，岩性为浅变质岩，其原岩多为凝灰岩、角砾　岩。根据坑道及钻孔编录发现，浅变质岩多为片理化　凝灰岩、构造角砾岩等，因分布在矿体周围浅变质岩为　矿体主要围岩。该层富水性弱。　４基岩构造裂隙潜水含水岩层　主要分布在勘查区内的断层破碎带内，矿区矿体　附近构造断裂影响最大的断层为Ｆ　、Ｆ。２条断层。　Ｆ　断层破碎带内基岩构造裂隙潜水含水层，位于　勘查区中部近东西向展布，倾向近北东，地表被松散物　覆盖。通过对矿山坑道进行水文地质调查及坑道编　录，推测该断层长约４００ｍ，宽度３０－－７０ｍ不等，岩性主　要为构造角砾岩、片理化糜棱岩化凝灰岩、霏细岩等。　该断层与地表的布鲁希布拉克河水有较为密切的水力　联系，矿山坑道内存在多处较大的涌水点及滴水区，属　中等富水性含水构造。　Ｆ。断层破碎带内基岩构造裂隙潜水含水层，位于　勘查区中部，呈北东４０。～５０。走向，倾向近南西，地表被　第四系覆盖。该层长约４００－－￣６００ｍ，宽约５￣１０ｍ，岩性　主要为构造角砾岩、片理化糜棱岩化凝灰岩、霏细岩　等，富水性弱。　５矿区涌水量计算　根据矿区的水文地质条件实际分析认为矿床充水　的主要含水系统是Ｆ　断层和矿体顶板之间的破碎裂隙　带，该含水系统可归属基岩风化裂隙含水岩组及基岩　构造裂隙含水岩组，其储水和透水性较弱。矿床开采　须将静水位面以下至矿体底板中的裂隙水疏干，因此　将静水位面至矿体底板间的基岩概化为含水层，矿体　中心东侧为布鲁希布拉克河，产生对坑道的定水头补　给，矿体中心距布鲁希布拉克河距离为１５０ｍ。采用水　文地质比拟法中的长度比拟法及大井法中的直线供水　理想化边界公式分别进行矿坑涌水量预测。　（１）计算公式。　

①长度比拟法计算公式：　Ｑ＝Ｋ＿户·Ｌ　式中：Ｋ广富水系数，矿山一定时期内从矿井排出的　总水量Ｑｏ与同期矿井采掘长度Ｌ。之比；　Ｌ——预测采掘长度，ＩＴＩ。　②大井法计算公式：　亿Ｋ（２Ｈ—Ｓ）Ｓ　

式中：Ｋ－　透系数，ｍ／ｄ；　Ｈ　～含水层厚度，ｍ；　５——地下水疏干水位降深值，ｍ；　ｒ引用半径，１ＴＩ，ｒ＝０．５６５√Ｆ；　卜矿体面积，ｍ　；　６——矿体中心至补给边界的距离，ｍ。　（２）计算参数的确定。　①长度比拟法。一定时期采掘长度Ｌ。，目前坑道　采掘长度，Ｌ。＝１７５３ｍ。　一定时期矿井总排水量Ｑｏ，目前坑道总排水量　Ｑｏ＝１５．４８２Ｌ／ｓ＝１３３７．６４ｍ。／ｄ。　富水系数Ｋｅ＝Ｑｏ／Ｌ。＝１３３７．６４／１７５３＝０．７６３。　根据矿区的初步规划矿区内垂直方向上间隔４０ｍ　设置一个中段，由于矿体在垂直方向向下逐渐尖灭，假　设每个中段的长度依次递减１０％，第一个中段坑道长　度为２０００ｍ。不同疏干深度时预测采掘长度Ｌ参数值　见表１。　

表１不同疏干深度时采掘长度Ｌ预测表　

根据对钻孔岩芯ＲＱＤ值的统计计算，随着开采深　度的增加Ｆ　断层以下的矿体围岩完整性趋于完整，因　此矿体下部围岩渗透系数要小于上部围岩的渗透系　数，因此对疏干降深１００￣４００ｍ时的预测涌水量进行　折减，疏干降深ｌＯ０￣２００ｍ时折减系数采用０．９，疏干　降深２００￣３００ｍ时折减系数采用０．８，疏干降深３００～　４００ｍ时折减系数采用０．７。矿山坑道预测涌水量见表　２。　②大井法。渗透系数Ｋ，矿区抽水试验的平均渗　２０１６年第１期　西部探矿工程　１４１　透系数Ｋ平均＝Ｏ．０１８３ｍ／ｄ。考虑疏干降深１００￣４００ｍ范　围时，因矿体埋藏位置基本位于Ｆ　断层以下，根据相关　钻孑Ｌ该段岩芯的ＲＱＤ值统计，普遍大于６５％，此段区　间内岩石较完整，同时根据抽水试验绘制的Ｑ　及口　曲线图分析认为矿体开采时的涌水量随水位降深增　大，其涌水量增量逐渐减少，因此疏干降深１００￣４００ｍ　范围内的渗透系数应小于抽水试验计算出的渗透系　数，疏干降深１００￣４００ｍ范围时渗透系数取Ｋｌ＿　０．Ｏ０９ｍ／ｄ。　矿体面积Ｆ，根据矿体群分布范围在地形图上的投　影圈定，Ｆ－－８４０００ｍ。。　引用半径ｒ＝０．５６５√Ｆ＝Ｏ．５６５√８４０ｏｏ＝１６３．８（ｍ）。　矿体中心至补给边界的距离ｂ，矿体中心至布鲁希　布拉克河距离ｂ＝１５０ｍ。　不同疏干深度时含水层厚度日，水位降深Ｓ参数值　见表２。　

表２不同疏干深度时含水层厚度日，水位降深Ｓ参数表　

６矿坑涌水量预测计算结果　根据具体水文参数计算，预测不同疏干深度时矿　山坑道预测涌水量见表３。　７结论　

表３不同疏干深度时矿山坑道预测涌水量计算表　（１）考虑长度比拟法中使用预测的巷道采掘长度　数据是基于矿区的初步规划基础上进行的预测可能与　矿山实际的巷道采掘长度存在存在差异，因此对长度　比拟法预测的矿坑涌水量建议作为对比参考数据使　用。　（２）矿山涌水量受地表的布鲁希布拉克河及矿体　周边的基岩风化裂隙含水层、基岩构造裂隙含水层的　影响较大，这些水文地质条件的概化条件处理是否得　当，对运用大井法进行基坑涌水量计算结果存在很大　的影响。本次大井法采用直线供水理想化边界公式计　算公式预测矿坑涌水量，同时考虑了概化含水层时在　垂直方向渗透系数递减的影响，计算结果与水文地质　比拟法计算结果相比更贴近矿山实际情况，建议矿山　坑道涌水量采用大井法分析预测值。　

参考文献：　【１】蒋辉，等．专门水文地质学［Ｍ】．北京：地质出版社，２００７：２４２－　２５４．　［２】傅大庆，等．新疆昭苏县卡拉盖雷金铜矿水工环地质工程详　查报告【Ｒ】．华北地质勘查局五一四地质大队，２０１　１．　

（上接第１３８页）　为，不是每一处矿山的地下水水质都会那么好，我们需　要有科学依据来作为施行开发计划或规划的支撑。　（３）将疏干水作为回灌资源利用。这一做法既可　以应用于相邻的不同种类矿山之间的相互补足，同时，　也可应用于相邻地区同一矿种矿山之间的相互调节，　使更大范围内的矿业经济活动正规化，实现保持一定　限度之平衡的有序发展。　４结语　通过上述分析，矿山采矿活动对自然环境所造成　的危害是多方面的，造成损害的程度也有轻有重。因　此，矿山环境保护与治理工作是一个涉及范畴很广的　话题。我们必须进行多方面的调查研究和深入细致的　分析，才能发现真正的问题和问题的症结所在。从而，　根据不同的实际环境条件和地质环境问题事件的性　质，有针对性地提出对地质环境的保护和防治方案及　措施，以期起到在大幅度节约治理投资的前提下，有效　地促进某一地区矿业经济活动的正常进行和相关产业　的正常产生和发展，促进该地区生态环境和当地社会　人文环境的和谐发展与稳定，促进地方经济的稳步发　展与提升。